[发明专利]用于根据发动机健康的失速裕度调节的方法和系统

说明书

关于联邦赞助研发的声明

此发明在联邦航空局(FAA)授予的合同号DTWAFA-10-C-00046下利用政府支持实现。美国政府可具有此发明中的某些权利。

技术领域

本公开的领域大体涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言涉及用于基于发动机健康更改压缩机失速裕度(stall margin)的方法和系统。

背景技术

在至少一些已知的发动机系统中，压缩机指定和操作成甚至在“最坏情况”条件下避免压缩机失速。发动机操作瞬态和潜在发动机退化“构成”操作条件，甚至对于新发动机，其增加所谓的“失速裕度”或可操作性裕度以避免压缩机失速。然而，在较大失速裕度下操作导致降低的发动机性能，但安全性和稳定性必定优先于性能。此外，实际压缩机可操作性裕度可与发动机的设计或预期的可操作性不同，这是由于设计假设中和/或操作条件的变化中的不准确和/或制造公差。因此，将有利的是具有能够根据发动机的实际状态变更失速裕度以及相应的操作条件的系统，以便在不牺牲稳定性的情况下改进性能和/或在不牺牲性能的情况下改进稳定性或在翼时间。

发明内容

在一个方面，提供了一种基于包括压缩机的燃气涡轮发动机的健康调节压缩机的压缩机失速裕度的方法。该方法包括确定压缩机的失速裕度，以及使用确定的失速裕度来操作燃气涡轮发动机。该方法还包括评估压缩机的健康，以及基于压缩机的评估的健康更改失速裕度。

在另一个方面，提供了一种燃气涡轮发动机，其包括核心发动机(包括多级压缩机)，以及与核心发动机通信的失速裕度调节(SMM)控制系统。SMM控制系统包括与存储器通信的处理器。处理器程序化以确定压缩机的失速裕度，且在失速裕度下操作压缩机。处理器进一步程序化以评估压缩机的健康，且基于压缩机的评估的健康更改失速裕度。

在还有另一个方面，提供了一种与包括压缩机的燃气涡轮发动机通信的失速裕度调节(SMM)控制系统。SMM控制系统包括与存储器通信的处理器。处理器程序化以确定压缩机的失速裕度，且在失速裕度下操作压缩机。处理器进一步程序化以评估压缩机的健康，且基于压缩机的评估的健康更改失速裕度。

技术方案1. 一种基于包括压缩机的燃气涡轮发动机的健康调节所述压缩机的压缩机失速裕度的方法，所述方法包括：

确定所述压缩机的失速裕度；

使用所述确定的失速裕度来操作所述燃气涡轮发动机；

评估所述压缩机的健康；以及

基于所述压缩机的评估的健康更改所述失速裕度。

技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述评估所述压缩机的健康包括使用压缩机主动稳定性裕度(CASM)传感器来估计所述压缩机的健康。

技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述评估所述压缩机的健康包括使用所述压缩机的入口和出口处的压力传感器和温度传感器中的至少一者来估计所述压缩机的健康。

技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述评估所述压缩机的健康包括使用健康模型和参数估计算法来估计所述压缩机的健康。

技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中，所述更改所述失速裕度包括使用所述燃气涡轮发动机的可变几何结构来更改所述失速裕度，其中所述可变几何结构包括瞬态放出阀(TBV)、调节的涡轮冷却(MTC)阀、可变定子导叶(VSV)以及压缩机入口导向导叶(CIGV)中的至少一者。

技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其中，基于所述压缩机的评估的健康更改所述失速裕度包括增加所述压缩机的失速裕度。

技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，其中，增加所述压缩机的失速裕度包括使用所述增加的失速裕度来操作所述燃气涡轮发动机。

技术方案8. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述燃气涡轮发动机包括马力获取(HPX)管理系统，且其中所述更改所述失速裕度包括使用所述HPX管理系统增加所述失速裕度。

技术方案9. 一种燃气涡轮发动机，包括：

核心发动机，其包括多级压缩机；和

与所述核心发动机通信的失速裕度调节(SMM)控制系统，所述SMM控制系统包括与存储器通信的处理器，所述处理器程序化以：

确定所述压缩机的失速裕度；

使用所述确定的失速裕度来操作所述燃气涡轮发动机；

评估所述压缩机的健康；且

基于所述压缩机的评估的健康更改所述失速裕度。